1、 填充剂填充剂性能填充剂又称填料，是一种能改善塑料物理性能（如机械性能、表面性能、加工性能、热性能、电绝缘性能和电气性能）及降低制品成本的添加剂。在塑料加工过程中，它在添加剂中是用量最大的，用同一种树脂与填料共混过程中，其处理方法不同，则填充改性效果也不相同。填充剂一般是粉状、微珠或片状的物质，而且对聚合物都呈惰性。添加填充剂是为了降低产品成本，或改善塑料成型加工性和赋予塑料产品新的性能。填充剂的种类很多，按化学结构可分为无机填充和有机填充两大类。无机填料，如碳酸钙、云母、高岭土、滑石粉等；有机填料，如木粉、棉短绒、麦秆等。按填料来源又可分为矿物填料、植物填料、合成填料等。按外观形状可分为粉状
2、、粒状、薄片状、实心微珠、中空微珠等。按照填充功能可分为增量性、增强性、阻燃性、着色性、导电性、耐人性、耐侯性、耐寒性、爽滑性等。理想填充剂应具备如下性能：填充剂可致塑料制品增量与降低产品成本，并具有良好的相容性和分散性能。赋予塑料制品新的功能或改善原有功能，相对密度小，填充量打，具有优良的填充效果。改善树脂的加工性能，对其他助剂无不良反应，不含对树脂有害的杂质。具有良好的耐热、耐水和耐化学稳定性。无毒、无污染。填充剂的分类和品种1.无机填料碳酸钙：碳酸钙系由天然的矿物，如石灰石、大理石等研磨而成。是无臭、无毒的白色粉末，分子式为 CaCO3，细度一般为 540m，在酸性溶液中或加热至 825
3、时就分解为氧化钙和二氧化碳。从填料角度可划分为轻质碳酸钙、重质碳酸钙、胶质碳酸钙，是塑料生产中使用最广泛的填充剂之一。价廉，来源广泛，相对密度较小，除具有增量作用外，还有改善加工性和制品性能的功效，还可提高制品的冲击韧度，一般常用的是轻质碳酸钙。从天然矿物角度划分，可分为方解石型、霞石型等结晶形态。碳酸钙按粒度分级，一般为：粒径为 15m 时，称之为微粒碳酸钙；粒径为 0.11 m 时，称之为微细碳酸钙；粒径为 0.020.1m 时，称之为超细碳酸钙；粒径小于 0.02m 时，称之为超微细碳酸钙；当粒径为 0.0050.02m时，其增强作用与白炭黑相当。目前生产超细级碳酸钙多采用连续喷雾炭化和
4、喷雾干燥工艺（即双喷工艺） ，这样可使碳酸钙表观团粒（平均粒径为 12m）微细化，且粒子表面活化均匀。轻质碳酸钙：这是用化学方法制造的碳酸钙，学名叫为沉降性碳酸钙。相对密度为 2.42.7g/cm3，难溶于水；莫氏硬度 2.5，吸油性 63，一般粒径在10m 以下，粒子呈纺纱锭子状或结晶。重质碳酸钙：无臭无味白色粉末，也叫三飞粉，几乎不溶于水。相对密度为 2.72.95g/cm3，莫氏硬度 3.0，吸油性 32.是由石灰石经选矿、粉碎、分级、表面处理而成的碳酸钙。因含有杂质，其白度比不上轻质碳酸钙。胶质碳酸钙：是一种由人工合成出来的白色细腻、软质粉末。相对密度小于轻质碳酸钙，为 1.992.0
5、1g/cm3，其粒子表面吸附一层脂肪酸皂，使碳酸钙具有胶体活化性能。滑石粉：滑石粉主要成分为水合硅酸镁，分子式为 3MgO.4SiO2.H2O，由天然滑石粉碎精制而得，外观纯白色、灰白或浅黄色结晶细粉。相对密度2.73.0g/cm3，莫氏硬度 12，折光指数 1.541.57.化学性质不活泼，不溶于水，性柔软有滑腻感，它能与油、脂肪、蜡及聚合物具有很好的相容性。同时，由于其晶格是由易分开的薄层重叠成的，故能产生润滑作用，减少对加工设备的磨损。其晶体属单斜晶系，呈六方形、鳞片状集合体。滑石粉作为塑料填料，可提高制品的硬度、耐热性、耐蠕变性、抗酸碱性、点绝缘性和尺寸稳定性。由于不同产地滑石的化学成
6、分、结晶构造不同，则填充塑料的性能也不形态。主要应用于 PVC、聚烯烃及烯烃共聚物等塑料填充改性。云母：云母是层状结构的铝硅酸盐的总称，灰白色、银灰色、红色，甚至琥珀色，与滑石粉形式，属于单斜晶系，成假六方片状，具有玻璃光泽。相对密度 2.72.9，莫氏硬度 23.pH 值 7，折射率 1.6.由于云母的化学结构不同，因此品种比较多。作为电气绝缘材料通常使用硬质白云母，作为发电机整流垫片的是软质金云母，还有红云母、黑云母等。根据塑料制品的性能要求，将云母磨成 2001000 目粉末，然后作为添加剂填充 PE,PP,PVC,PA,PBT,ABS,PF,AF等塑料，可提高塑料制品的拉伸弹性模量和弯
7、曲弹性模量。云母的分散性差，因此，在使用前最好用氨基硅烷、马来酸酐接枝的聚丙烯蜡或氨基乙酸酯进行表面处理。高岭土：高岭土即黏土矿物的粉末，又叫瓷土、陶土。它是由高岭石微细晶体组成，是火成岩、水成岩经自然风化、分解，再经干法或湿法分级、研磨、精制而成的产物，是一种水合硅酸铝的矿物质，分子式为Al2O3.2SiO2.2H2O。相对密度 2.502.63g/cm3，折射率 1.62，pH 值 56.纯高岭土为白色，呈六方片体，含有杂质的高岭土则呈灰色或淡黄色，白度为90%96%。作为塑料填料，高岭土具有优良的电绝缘性，可降低制品成本。可用于 PVC 电缆包皮，PE,PP 电缆，薄膜复合材料。如在 P
8、VC 中添加 10%高岭土，可提高电绝缘性能 510 倍；添加适量高岭土于 PS 薄膜复合材料中，可以用来制造塑料纸。高岭土作为 PP 的结晶成核剂，效果较好。缺点是吸湿性大，应注意在储存时防止受潮结块，以免影响填充效果。二氧化硅；二氧化硅有天然与合成之分。天然的二氧化硅主要是石英（砂）加工、研磨、精选而成的结晶体，它能改善塑料制品的机械强度和降低成本。由于硬度大，易磨损加工设备，主要应用于热固性塑料。工人长期吸入石英粉易得矽肺病，因此比较少用。人工合成的二氧化硅，又称白炭黑，主要化学成分为 SiO2，有二氧化硅粉及凝胶两种。白色无定形粉末，质轻，其原生粒子粒径在 0.3m 以下，相对密度 2
9、.652.7g/cm3，莫氏硬度 57，pH 值 78，吸油率 15%40%，吸潮后会聚集成细颗粒，不溶于水和酸，溶于烧碱及氢氟酸，在高温下不分解，多孔，有吸水性，分散性良好，具有类似炭黑的增强作用。主要应用于热塑性塑料，添加少量后，可减少制品的裂纹，增加强度，提高硬度，防黏结，减少线膨胀系数，改善电绝缘性能，降低挤出时模具的膨胀及使熔体增稠，改善流变性和触变性。此外，还有粒径更小的胶态二氧化硅，适合用于要求更高的产品。硅藻土：主要成分为二氧化硅，由水生微细硅藻细胞遗骸堆积而成的一种生物化学沉积岩。它含有许多细孔，是具有许多不同形状、独特结构的碎片集合体，质轻柔软。应用于轻质、隔音、隔热、绝缘
10、的塑料复合材料填充，也可作为 PE、 PP 的抗粘连剂；缺点是吸油量较大。硅灰石：主要成分是硅酸钙（CaSiO 3）为白色结晶，具有 型晶型，成针状、棒状及粒状等各种形态粒子的混合物。不耐强酸，而耐碱性极佳，高硬度。经过表面处理的硅灰石可以替代玻璃纤维及石棉，应用于 PP,PA 等塑料增强填充，可作汽车工业专用工程塑料部件。玻璃微珠：玻璃微珠是由煤灰粉及烟道气等制造，有空心玻璃微珠和实心玻璃微珠两类。空心微珠的相对密度小于 1，在 0.40.8g/cm3，具质轻、绝热、隔音、耐高低温性能，并有良好的热稳定性和电绝缘性能，耐腐蚀、吸油量少，广泛应用于塑料填料。实心玻璃微珠的相对密度大于 1，在
11、12.4g/cm3，表面光滑晶莹，呈白色或灰白色，应用于 PE,PP,PS,ABS,PA 等塑料的填充剂。硫酸钡：分子式 BaSO4，硫酸钡有天然硫酸钡和合成硫酸钡两种。天然硫酸钡，即重晶石粉，白色或灰色粉末，粒子较粗，性脆，pH 值 4.5.合成硫酸钡，也叫沉淀硫酸钡，是无色斜方晶系结晶或无定形白色粉末，几乎不溶于水、乙酸及酸，溶于热浓硫酸中，干燥时易结块。添加硫酸钡，可改善塑料硬度，并提高耐酸性能。硫酸钙：又名石膏，分子式 CaSO4。有天然石膏（ CaSO4。2H 2O） 、硬石膏（CaSO 4）和化学沉淀硫酸钙（CaSO 4。2H 2O 或 CaSO4）之分。无毒、透明，具有良好的尺寸
12、稳定性，用于 PE,PP 等树脂的填充和增强作用。二氧化钛：俗称钛白粉，二氧化钛约占 97%，呈珠状结晶，平均粒径0.1m，是一种白色颜料。二氧化钛可分为锐钛型、金红石型和板钛型，工业上常用前两种。无毒，具有优良的光学性能、物理、化学稳定性能。金红石型二氧化钛作为塑料填料或颜料应用于塑料制品效果良好，既能相当高地提高制品的白度，又能使光的反射率增大，保护高分子材料内层免遭紫外线的破坏，从而起到了光屏蔽剂的作用。炭黑：炭黑是一种轻松而极细的无定形碳粉末，可由石油、天然气、油脂等含碳较多的有机化合物经不完全燃烧或热分解来解取。制备方法有炉法或槽法等。炭黑的主要功能是作为黑色颜料应用于塑料黑色制品，
13、具有导电性能外，具有一般抗静电剂不能达到的抗静电效果。此外，还具有光屏蔽的作用，并提高制品的耐老化性能和改善热变形温度。白泥与红泥：白泥是造纸厂碱回收车间苛化段排出的废渣，主要成分是碳酸钙，占 85%90%，其他成分有镁、铝等元素。其白度及吸油值均低于轻质碳酸钙，粒径比较粗。用于填充 PVC 制品，如人造革、鞋底、鞋材等。红泥：又称赤泥，是炼铝厂排放的废渣，其化学组成是钙、铝、硅、铁的化合物。用于填充 PVC 制品，如瓦楞板、波纹板等，可提高制品的耐热、光性能、延长产品的使用寿命。2.有机填料木粉：木粉含有丰富纤维植物，如木屑、木片、木刨花等干燥后研磨成细粉而制成。赋予塑料制品的声学性能、增加
14、弹性模数和降低制品成本。淀粉：淀粉作为填料可以使塑料具有降解性。3.金属粉末填料金属粉末填料可由还原、粉末冶金或研磨等方法制备，其性能因制法不同而略有差异。如铁粉、铅粉、铜粉、铝粉、锌粉等，粉末细度一般 300350 目。主要用于改善导电、耐磨、传热及外观光洁度的作用。4.复合填料复合填料是由具有不同特性的多种填料复配而成。如云母填料能提高塑料制品的刚性，但同时又降低了其冲击强度，如同时加入小于 1m 的碳酸钙粉末，则可以防止冲击强度的下降；又如，滑石粉与碳酸钙粉末填料等量混合时，会产生一定的协同效应，效果优于加入两者总量的任何一种填料；再如，将无机粉末填料与有机粉末填料并用，常可使混合填料兼
15、具两者的优点等。5.纳米粉末填料所谓纳米粉末填料是指粒径在 1100nm 的粉末填料。其品种多为金属氧化物，如 Al2O3,Fe2O3,ZnO,TiO2,ZiO,SiO2。这类填料的比表面积极大，而且粒子中包含的分子数极少，使原子（分子）有极大的活性，作为塑料的填料，可以得到一般填料意想不到的效果。用纳米填料填充的树脂，通称为纳米塑料。与一般填充料相比，纳米粉末填充的制品具有高强度、耐热性好、密度较小，同时显示出良好的透明性好较高的光泽度。一些纳米塑料的耐磨性是黄铜的 27 倍，钢铁的 7 倍。用纳米填料填充的纳米超高分子量聚乙烯，还可以使难于加工的超高分子聚乙烯变得很容易加工，为用聚乙烯代替部分工程塑料创造了条件。6.填充剂的主要用途及推荐品种各种填充剂的主要用途和适应范围如下：主要用途 推荐品种改善强度 硅胶、硅粉、玻璃微珠、炭黑、干式碳酸钙降低线膨胀系数 玻璃微珠、石英粉提高导电性能 铜、铝、炭黑、石墨改善耐候性能 炭黑、氧化锌增加润滑性 二硫化钼、石墨、聚四氟乙烯提高表面光泽 湿式碳酸钙、滑石粉、铝改善声学性能 木粉、铝粉、玻璃微珠增加黏度 炭黑、硅微粉、滑石粉、硅胶降低成本 碳酸钙、硅微粉、木粉、炭黑等
